Análisis experimental de un diseño de turbina eolica mediante el uso de un tunel de viento

Abstract

La presente investigación desarrolla el análisis experimental de una turbina eólica, empleando el túnel de viento del Laboratorio de Energías de la Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica de la UNSAAC. El trabajo comprende la determinación geométrica, diseño aerodinámico mediante el modelo Double Multiple Streamtube (DMST), diseño mecánico, fabricación del prototipo y evaluación experimental bajo flujo controlado. El diseño consideró las condiciones atmosféricas de la región Cusco, con densidad del aire de 0.823 kg/m³, presión atmosférica de 0.875 bar y velocidades entre 3 y 6 m/s. La geometría seleccionada corresponde a una turbina Darrieus helicoidal de tres palas, perfil NACA 0015, ángulo helicoidal de 60°, cuerdas de 0.03 m y 0.04 m, y bloqueo del túnel menor al 10 %. Los resultados teóricos mediante el modelo DMST indicaron un Cp máximo de 0.316 a TSR = 0.977 para cuerda de 0.03 m, y Cp = 0.3327 a TSR = 0.8845 para cuerda de 0.04 m. Experimentalmente, el mejor desempeño correspondió al rotor de 0.260 m de diámetro y altura, cuerda de 0.04 m y ángulo helicoidal de 60°, alcanzando a 6 m/s: 100 RPM, torque de 4.15 N.mm, potencia de 0.0452W, Cp = 0.0474 y TSR = 0.1937. El análisis mecánico verificó la resistencia de los componentes principales, empleando PLA, acero ASTM A36 y aluminio. La evaluación económica determinó un costo total de fabricación de S/ 874.00. En conjunto, los resultados demuestran que el diseño propuesto es funcional y viable para fines académicos, experimentales y de investigación aplicada en vientos de baja velocidad.